燃气调压器作为城镇燃气输配管网系统中的重要组成部分,承担着调压、稳压、安全切断等重要作用。结合对成都杰森输配设备公司调压器产品的调研与公司对产品的评估发现,其自主研发生产的RTZ-50/0.4FQ型燃气调压器其调压性能还需要进一步提高。这类调压器被广泛地使用于楼栋、小型锅炉及公共设备的调压过程中,若其调压器性能较差,则会造成用气设备的损坏,甚至导致火灾、爆炸,造成人员伤亡和经济损失。因此,本文针对上述型号调压器进行了调压特性测试实验,分析了该型号调压器调压性能具体存在的不足。采用基于计算流体力学(CFD)的模拟软件Fluent分析了多种结构参数对其调压特性及内部流场的影响规律,为调压器的结构和性能优化提供指导。本文最后结合调压器数值模拟结果对所研究型号调压器提出了优化方案,并通过数值模拟对优化方案进行了验证。本文开展了如下研究工作:(1)依据调研结果,对RZT-50/0.4FQ型燃气调压器在出口压力范围为5-8kPa的工况进行了调压特性测试实验。依据实验结果绘制调压器在不同进口压力下的静特性曲线族。对静特性曲线族进行分析得到其调压特性存在如下不足:1)调压器稳压精度等级和关闭压力等级虽均能满足Ac=10和Sg=10的规定,但其出口压力随流量和进口压力变化而产生的波动值较大,最大值分别达到1000Pa和650Pa,这些值与性能较好的调压器进行比较仍处于较高水平,因此该型号调压器的调压特性还有待提高;2)调压器导压管的放置方式和位置不明确,在生产时需反复地调整其长度或位置,导致生产难度加大,生产效率降低。(2)提出适用于所研究型号调压器的数值模拟方法。结合调压器结构特征,对阀瓣进行受力分析,建立阀瓣受合力数学模型。首先采用三维建模软件Solidworks对不同工作状态下的调压器进行三维建模,再使用Fluent软件对不同工况下调压器进行数值模拟,且在模拟过程中依据所建立的阀瓣受合力数学模型来确定调压器的实际工况点。最后采用实验工况对所提出的数值模拟方法和阀瓣受合力数学模型进行准确性验证。对实验结果和数值模拟结果进行误差分析得到,出口压力最大误差为4.28%,属于工程可接受范围。(3)采用所提出的调压器数值模拟方法,依据阀瓣受合力数学模型,对多种结构参数(取压方式、弹簧刚度、阀瓣直径)下的调压器进行了数值模拟,分析了不同结构参数对调压器调压特性及内部流场的影响规律,并对其进行敏感性分析。为调压器的结构和性能优化提供指导。(4)依据研究结果,对调压器提出了优化方案:1)阀瓣结构倒圆角优化方案,该方案减小了调压器阀口周围漩涡面积,减小了负压区域面积,流场内最大流速从355.1m/s降低至307.43m/s,最小负压从-49.35kPa上升至-26.33kPa,调压器的内部流场更稳定;2)增大薄膜直径优化方案,优化后调压器稳压精度等级从Ac=10提高至Ac=6.32,调压器调压性能得到了提高;3)减小阀瓣直径优化方案,优化后调压器稳压精度等级Ac=10提高至Ac=8.86,调压性能得到了一定程度的提高;4)以稳压精度等级为优化目标,对优化方案进行比较,最终推荐以薄膜直径优化方案来实现调压器调压性能优化;5)针对0.1MPa进口压力条件下出口压力随流量骤降的问题,提出流道优化设计方案,将出口流道设计为扩缩管形式,且锥度为5°;优化后调压器在工作流量范围内出口压力波动由原来的1000Pa降低至812.52Pa,降低了流量对出口压力的影响,提高了调压器调压性能。同时也为调压器导压管的放置位置提出了建议。